Мониторинг радиационного загрязнения окружающей среды

2.2.2.3. Радиоактивность почв

Главным источником радиоактивных элементов в почвах следует считать почвообразующие породы. Поэтому почвы, развитые на кислых магматических породах, относительно обогащены радиоактивными элементами (ураном, радием, торием, калием), а почвы, образованные на основных и ультраосновных породах, бедны ими. Глинистые почвы почти везде богаче радиоизотопами, чем песчанистые. Почвы, как рыхлые образования, по вещественному составу близки к осадочным породам, поэтому они во многом подчиняются закономерностям распределения естественных радионуклидов в отложениях этого генезиса. Тонкая коллоидная фракция почв, с которой связаны обменно-сорбционные процессы, обогащена радиоактивными элементами по сравнению с более крупными частицами. То же самое касается и органической составляющей почв. Однако прямой зависимости между радиоактивностью почв и количеством органического вещества в них не наблюдается. В таблице 2.2.2.3.1 приведена удельная активность основных типов почв по данным ВНИИФТРИ (1996). По данным А.П. Виноградова содержание радия в верхнем горизонте почв колеблется от 2,8 до 9,5 × 10-10%. Причем в большинстве почв наблюдается резкое смещение радиоактивного равновесия между ураном и радием в сторону последнего, что связано с выщелачиванием урана грунтовыми водами.

Таблица 2.2.2.3.1 – удельная активность естественных радионуклидов в почвах [ 1 ]

Под влиянием испытаний ядерного оружия и техногенных факторов почвы повсеместно загрязнены искусственными радионуклидами.

Например, средняя плотность загрязнения верхних слоев почв северного полушария радиоактивным цезием составляет 0,12 Ки/км2. [ 1 ]

2.2.2.4. Радиоактивность природных вод

Содержание естественных радионуклидов в морских и речных водах показано в таблице 12 . По содержанию урана морские воды приближаются к ультраосновным горным породам – дунитам и значительно обеднены торием по сравнению с последними. Радиоактивность речных и озерных вод зависит от источника их питания. Дождевые, снеговые и ледниковые воды содержат небольшое количество солей, поэтому водоемы горных районов высоких широт, имеющие этот источник питания, практически стерильны в отношении естественных радионуклидов.

Природные радионуклиды поступают в открытые водоемы суши в основном с подземными водами. Грунтовые и межпластовые воды, питая озера и реки, определяют уровни природной радиоактивности воды этих водоемов. Поэтому радиоактивность воды рек и озер подвержена значительным колебаниям. Она напрямую зависит от химического и минерального состава дренируемых ими горных пород, в которых располагаются чаши озер или водосборы рек. К другому важному фактору, влияющему на степень радиоактивности воды открытых водоемов, относится климат, от которого зависит степень химического выветривания горных пород, являющихся основным поставщиком природных радионуклидов.

Наконец, концентрация радиоизотопов в озерах зависит от степени водного обмена. Бессточные озера в районах с засушливым климатом могут быть значительно обогащены радиоактивными элементами за счет сильного испарения застойной воды. Если исключить реки, дренирующие урановые рудные районы, то можно считать, что речные воды отличаются пониженным относительно морских вод содержанием урана, радия, тория, калия и радона, В период паводка радиоактивность речной воды снижается, а в межень –повышается. Зимой, когда реки покрываются льдом, наблюдается повышенное содержание в воде радиоактивных газов – радона и торона. Подземные воды бывают значительно обогащены ураном, радием, торием и радоном по сравнению с поверхностными. Количество радиоактивных элементов в них зависит от вещественного состава вмещающих пород и химизма самих вод. В гидрогеологии принято выделять радоновые, радиевые и урановые воды, в зависимости от преобладания в их составе того или иного радиоактивного элемента. Существуют и смешанные воды: радоно-радиевые, урано-радиевые, радиево-мезоториевые. Концентрация радия в подземных водах может достигать 2,5 * 10-11%, а урана – 3 * 10-5%.

Еще в тридцатые годы XX столетия В.Г. Хлопиным была замечена повышенная концентрация радия в воде нефтяных месторождений. В настоящее время, в результате интенсивной эксплуатации месторождений углеводородного сырья это приводит к накоплению природных радионуклидов на технологическом оборудовании и трубопроводах нефтяных и газовых месторождений. На отдельных месторождениях мощность экспозиционной дозы от оборудования достигает 6 мР/ч, а удельная активность природных радионуклидов в шламе превышает 105 Бк/кг. Следствием этого является неконтролируемое облучение персонала и населения. [ 1 ]

2.2.2.5. Радиоактивность атмосферного воздуха

Атмосфера Земли всегда содержит газообразные радиоактивные вещества в виде инертных газов – радона, торона и актинона, источником которых являются эманирующие горные породы. Радиоактивные эманации, попадая из почвы в атмосферный воздух, затем разносятся горизонтальными и вертикальными воздушными потоками. В свою очередь радиоактивные газы, претерпевая распад, превращаются в твердые радиоизотопы, которые выпадают на поверхность Земли в виде активных осадков. Актинон и торон не являются долгоживущими. Период полураспад первой эманации равняется всего лишь 3,92 с, а второй – 54,5 с, поэтому они встречаются в небольших количествах лишь в самых нижних слоях атмосферы вблизи земной поверхности. Период полураспада радона более значителен (3,82 сут.), вследствие чего сама эманация и продукты ее распада транспортируются ветром на большие расстояния от места выделения. Наблюдения показывают, что нижние слои атмосферы над континентами содержат 1-2 атома радона на 1 см 3 воздуха. Концентрация торона обычно в 10000 раз меньше. Атмосферный воздух над океаном содержит радона в 100 раз меньше, чем над сушей. Концентрация радона быстро убывает с высотой. Уже на высоте 1 км его количество в 2 раза, а на высоте 4 км – в 14 раз меньше, чем у земной поверхности. Закономерность распределения продуктов распада радиоактивных эманаций совершенно иная. Многие из твердых радиоизотопов, следующих в естественных радиоактивных рядах за эманациями, почти равномерно распределены в нижних слоях атмосферы. К примеру, концентрация RaD на уровне земной поверхности и на высоте 10 км почти одинакова. Твердые радиоактивные частицы, содержащиеся в воздухе, захватываются конденсирующимися каплями воды и выпадают на поверхность Земли с атмосферными осадками. После обильных дождей и снегопада

радиоактивность воздуха уменьшается. Кроме радиоактивных эманации и твердых продуктов их распада в атмосфере присутствуют радиоизотопы, образующиеся под действием космических лучей. К таким радионуклидам относится в первую очередь углерод-14, количество которого в воздухе ничтожно мало. [ 1 ]

2.3. Искусственные источники ионизирующих излучений и их характеристика

За последние десятилетия человек создал несколько сотен искусственных радионуклидов и научился использовать энергию атома в мирных целях: в медицине и для создания ядерного оружия, для производства электроэнергии и обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов часов, приборов ночного видения и для поиска

полезных ископаемых. Индивидуальные дозы, полученные людьми от искусственных источников ионизирующего излучения, сильно различаются, иногда облучение за счет техногенных источников ионизирующих излучений оказывается намного сильнее, чем за счет естественной радиации. [ 1 ]

2.3.1. Ядерные и термоядерные взрывы

Значительно меньше по сравнению с влиянием естественного фона доза, получаемая от радиоактивных выпадений в результате испытаний ядерного оружия. 2 декабря 1942 года на спортивной площадке Чикагского университета группой физиков-атомщиков под руководством великого итальянского ученого Энрико Ферми был запущен первый атомный котел, в котором происходила самоподдерживающаяся управляемая атомная

реакция. Этому успеху предшествовали почти полувековые исследования в области теоретической и экспериментальной физики, проводимые под руководством П. Кюри, М. Склодовской-Кюри, Э. Резерфорда, Н. Бора, А. Эйнштейна, М. Планка, Ф. Жолио-Кюри, И. Жолио-Кюри, Л. Мейтнер, О. Гана, Д. Чедвика, В. Гейзенберга, И.В. Курчатова и других выдающихся ученых-атомщиков. Результаты осуществленной группой Ферми цепной реакции были с самого начала поставлены на военные рельсы, а именно – на срочное создание в США атомного оружия с целью опередить Гитлера, физики

которого работали в этом же направлении. В 1944 году в США под руководством Э. Ферми была создана и испытана атомная бомба, а в августе 1945 г. атомной бомбардировке подверглись японские города Хиросима и Нагасаки. Тогда погибла третья

часть населения этих городов. В последующие годы многие умирали от лучевой болезни, лейкозов и других недугов, связанных с радиоактивным облучением. 25 декабря 1946 г. под руководством И.В. Курчатова был осуществлен запуск первого советского управляемого уран-графитового реактора, в котором в дальнейшем производился оружейный плутоний, использующийся в качестве ядерного заряда вместо урана-235 при производстве атомного оружия (рис. 4). Первая советская атомная бомба была испытана 29 августа 1949 года. При атомном взрыве образуются продукты деления и остается часть

неразделившихся атомов урана-235 или плутония-239, которые при наземном взрыве выбрасываются в атмосферу. Впоследствии в СССР была создана и испытана в 1953 г. Водородная бомба, действие которой основано на термоядерной реакции взаимодействия дейтерия и трития. Эта реакция протекает мгновенно (3 * 10-6 секунды), но для ее начала необходима очень высокая температура, которую возможно получить лишь при атомном взрыве. Вследствие этого в водородной бомбе, содержащей смесь дейтерия и трития, в качестве детонатора служит атомный плутониевый заряд. В атомной бомбе происходит неуправляемый процесс деления ядер. Для мирных же целей важен управляемый процесс цепной реакции. Он осуществляется в ядерных реакторах, подобных тому, который был сооружен в Чикаго в 1942 году Э. Ферми. В 1946 году был запущен первый советский атомный реактор. Впоследствии были построены атомные котлы различных конструкций для выработки электроэнергии, в исследовательских целях, а также для получения плутония-239 из природного урана-238 и урана-233 и из природного тория-232. Деление урана-235, плутония-239 и особенно термоядерная реакция, выделяют большое количество нейтронов. Последние бомбардируют окружающие вещества, превращая их в радиоактивные (наведенная радиоактивность). Кроме того в атмосферу выбрасывается большое количество продуктов деления. Наиболее важные из них – цезий-137 и стронций-90. При нормальной работе реакторов постоянно накапливаются радиоактивные отходы. Источником жидких отходов может быть вода или растворы, применяемые для охлаждения реактора, а также растворы, образующиеся при дезактивации оборудования и помещений. Кроме того, при работе реактора могут накапливаться и газообразные, и твердые радиоактивные вещества. Все эти отходы после концентрирования подвергаются захоронению в специальных могильниках, а вода, сливаемая в канализацию, – предварительной очистке в отстойниках и специальных очистных сооружениях. Несмотря на то, что радиационная опасность эксплуатации объектов атомной энергетики существенно преувеличивается, благодаря разработке всесторонней системы обеспечения радиационной безопасности атомная промышленность и энергетика во всем мире относятся к отраслям деятельности человека с малой опасностью для жизни. Так, по данным НКДАР ООН, за период с 1945 по 1992 годы вклад ядерной энергетики в формирование коллективной эффективной дозы облучения населения всего земного шара составил 2,4 млн чел.-Зв, а дополнительный вклад тяжелых радиационных аварий – 0,6 млн чел.-Зв, то есть почти в 1100 раз меньше, чем вклад облучения от источников естественного фона.

Вопрос о широком использовании альтернативных источников весьма спорный, поскольку одни источники не в состоянии обеспечить промышленность и транспорт достаточным количеством энергии (ветровые установки), другие – даже более опасны, нежели атомная энергетика (например, геотермальные воды всегда являются высокорадиоактивными). С другой стороны, попытки заменить атомную энергетику старыми традиционными источниками (уголь, нефть, газ) приводят к необходимости добывать дополнительно только угля 630 млн тонн. Кроме того, выработка аналогичного количества энергии старыми методами приведет к дополнительному выбросу в атмосферу 2 млрд т диоксида углерода, 30 млн т оксида азота, 4 млн т летучей золы, 70 тыс. т альдегидов и углеводородов, 12,2 тыс. т оксида углерода. Все это в течение 50-100 лет привело бы к повышению температуры воздуха на Земле на 3-8°С вследствие парникового эффекта, вызванного загрязнением атмосферы. Следует, однако, заметить, что и эксплуатация АЭС сопряжена с определенной степенью социального, экономического и экологического риска, а также риска ухудшения здоровья людей вследствие возникновения крупных радиационных аварий. [ 1 ]

3. Влияние радиации на организм человека

  Основную  часть  облучения  население  земного  шара  получает   от естественных источников радиации. Большинство из них  таковы,  что  избежать облучения  от  них  совершенно  невозможно.  На  протяжении   всей   истории существования Земли разные виды излучения падают  на  поверхность  Земли  из космоса и поступают от радиоактивных веществ,  находящихся  в  земной  коре. Человек  подвергается  облучению  двумя  способами.  Радиоактивные  вещества могут находиться вне  организма  и  облучать  его  снаружи;  в  этом  случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в  воздухе,  которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь  организма.  Такой  способ облучения  называют  внутренним.  Облучению   от   естественных   источников радиации подвергается любой  житель  Земли,  однако  одни  из  них  получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частности, от того, где они  живут. Уровень  радиации  в  некоторых  местах  земного  шара,  там,  где  залегают

особенно радиоактивные породы, оказывается значительно выше  среднего,  а  в других местах - соответственно ниже. Доза облучения зависит также от  образа жизни людей. Применение  некоторых  строительных  материалов,  использование газа  для  приготовления  пищи,  открытых  угольных  жаровен,   герметизация помещений и даже полеты на самолетах все это увеличивает  уровень  облучения за счет естественных источников радиации. Земные источники радиации в  сумме ответственны за большую часть облучения, которому  подвергается  человек  за счет  естественной  радиации.  В  среднем   они   обеспечивают   более   5/6 эффективной годовой эквивалентной дозы, получаемой  населением,  в  основном вследствие внутреннего облучения. Остальную часть вносят  космические  лучи, главным образом  путем  внешнего  облучения.  В  этой  главе  мы  рассмотрим вначале данные о внешнем облучении  от  источников  космического  и  земного происхождении. Затем остановимся  на  внутреннем  облучении,  причем  особое внимание уделим радону радиоактивному газу,  который  вносит  самый  большой вклад в среднюю дозу облучения населения  из  всех  источников  естественной радиации. Наконец, в ней будут рассмотрены  некоторые  стороны  деятельности человека, в том числе использование угля и удобрений,  которые  способствуют извлечению радиоактивных  веществ  из  земной  коры  и  увеличивают  уровень облучения людей от естественных источников радиации. В  результате   воздействия   ионизирующего   излучения   на   организм человека  в тканях  могут  происходить  сложные  физические,   химические  и биохимические процессы.    При  попадании   радиоактивных   веществ  внутрь  организма  поражающее действие   оказывают    в    основном    альфа-источники,    а    затем    и бетта-источники,      т.е.      в      обратной     наружному      облучению последовательности. Альфа-частицы, имеющие  небольшую  плотность  ионизации, разрушают   слизистую    оболочку,    которая    является   слабой   защитой внутренних органов по сравнению с наружным кожным покровом. Существует три пути поступления радиоактивных веществ в  организм:  при вдыхание   воздуха,    загрязненного   радиоактивными   веществами,    через зараженную пищу или воду,  через кожу,  а также при заражении открытых ран. Наиболее  опасен  первый  путь,    поскольку   во-первых,   объем   легочной вентиляции очень большой, а  во-вторых,  значения  коэффициента  усвоения  в легких более высоки. Пылевые частицы,  на  которых  сорбированы радиоактивные  изотопы,  при вдыхании воздуха через верхние дыхательные пути частично оседают  в  полости рта  и   носоглотке.   Отсюда   пыль   поступает  в  пищеварительный  тракт. Остальные частицы поступают в легкие.  Степень задержки аэрозолей в   легких зависит  от их дисперсионности.  В легких  задерживается  около  20%   всех частиц; при уменьшении размеров аэрозолей  величина  задержки  увеличивается до 70%. При всасывании  радиоактивных  веществ  из  желудочно-кишечного  тракта имеет  значение  коэффициент  резорбции,   характеризующий  долю   вещества, попадающего из  желудочно-кишечного  тракта  в  кровь.   В   зависимости  от